1、1 20122012年年8 8月月钻井技术发展趋势与前沿技术钻井技术发展趋势与前沿技术中石油钻井院DRI2 一、概述一、概述二、钻井技术发展趋势与特点二、钻井技术发展趋势与特点三、钻井前沿技术新进展三、钻井前沿技术新进展四、启示与建议四、启示与建议报告提纲报告提纲中石油钻井院DRI一、概述一、概述l 尽管世界经济不容乐观，但油气供需整体呈上升趋势。预计到尽管世界经济不容乐观，但油气供需整体呈上升趋势。预计到20302030年，年，原油产量仍将快速增长。近原油产量仍将快速增长。近50%50%的原油产量要靠老油田提高采收率，的原油产量要靠老油田提高采收率，深海、极地等新领域和油砂等非常规原油生产。
2、预计到深海、极地等新领域和油砂等非常规原油生产。预计到20302030年非常规年非常规原油产量将占到总产量的原油产量将占到总产量的8%8%。已开发油田已开发油田提高采收率提高采收率深海、极地深海、极地重油、致密油、油砂等非常规重油、致密油、油砂等非常规待发现储量开发待发现储量开发已发现新储量开发已发现新储量开发世界石油产量构成，世界石油产量构成，IEA(IEA(国际能源机构国际能源机构) )预测预测依靠新技术中石油钻井院DRIl 全球天然气产量将保持持续增长态势。产量从全球天然气产量将保持持续增长态势。产量从20082008年的年的3.053.05万亿立方米万亿立方米逐渐增长到逐渐增长到203
3、02030年的年的4.44.4万亿立方米万亿立方米l 20302030年，非常规天然气将成为越来越重要的战略资源接替区，成为技术年，非常规天然气将成为越来越重要的战略资源接替区，成为技术创新的重点领域，届时非常规天然气产量将占天然气总产量的创新的重点领域，届时非常规天然气产量将占天然气总产量的20%20%左右左右3.053.053.53.54.44.416.5%20%全球天然气产量预测，万亿方全球天然气产量预测，万亿方常规天然气非常规天然气3.83.8（IEA，2008）一、概述一、概述中石油钻井院DRIl 随着世界经济复苏，油气钻井数量、动用钻机数量逐年增加l 据美国预测，2011年世界钻井
4、数量为93810口（不包括俄罗斯、中国和中亚），持续两年增长，较2010年增加21.6%，其中陆上钻井90599口，较2010年增加22.5%，海上钻井3211口，较2010年增加2.2%一、概述一、概述数据来源数据来源 美国美国Spears & Associates 公司，公司，2011中石油钻井院DRIl 科技进步推动了全球石油产量跨越式增长和世界石油工业的持续发展；带来了钻井前沿技术研发和超前储备技术研究十分活跃 一、概述一、概述世界油气发展历程中石油钻井院DRI钻井钻井技术进步使油气勘探开发领域不断拓展技术进步使油气勘探开发领域不断拓展煤煤层层气气深深水水深深层层石油天然气石油天然气勘
5、探开发钻井勘探开发钻井领域不断扩展领域不断扩展致密气致密气致密油致密油页页岩岩气气重油、油砂重油、油砂极极地地页页岩岩油油可燃冰计划可燃冰计划中石油钻井院DRI世界钻井技术发展历程、前沿和趋势更深，更快，更便宜，更更深，更快，更便宜，更清洁，更安全，更聪明清洁，更安全，更聪明（1）向高新技术发展（I3信息化，集成化，智能化）（2）目标是降低“吨油”成本效益最大化（3）全方位支持勘探开发（需要钻什么样的井，就钻什么样的井，保证钻成这样的井，并越来越深）中石油钻井院DRI钻井作业模式向批量化、工厂化发展钻井作业模式向批量化、工厂化发展综合效益综合效益低低高高1930年1990年2008年时间综合效
6、益综合效益低低高高1930年1990年2008年时间中石油钻井院DRI三、钻井前沿技术新进展三、钻井前沿技术新进展l 钻机装备钻机装备l 钻井新方法钻井新方法l 高效破岩新技术高效破岩新技术l 导向钻井技术导向钻井技术l 井下信息测量与控制技术井下信息测量与控制技术l 智能新材料智能新材料l 新型钻杆、套管新型钻杆、套管l 非常规油气钻完井技术非常规油气钻完井技术中石油钻井院DRI1、钻机装备、钻机装备向自动化、智能化、高移运性、高可靠性、高HSE方向发展向研发、制造和服务一体化方向发展，且服务占的比重越来越大（NOV超过30%，中国石油不足5%）向满足客户个性化需求方向发展向适应特殊环境方向
7、发展，不断挑战深海、极地、山地、丛林等恶劣环境极限四个四个方向方向中石油钻井院DRI2、钻井新方法、钻井新方法近年国外出现和正在研发的钻井新技术新方法主要有：l 连续管钻井l 径向水平井l 等井径钻井（膨胀管钻井）l “U”型井钻井l 同心双管反循环钻井l 远程遥控全自动钻井l 无钻机（獾式）钻井l 深井冷却泥浆钻井l 激光钻井中石油钻井院DRI13 连续管老井侧钻提高采收率（1）连续管钻井）连续管钻井 连续管钻井完井连续管钻井完井l侧钻侧钻l老井加深（重入）老井加深（重入）l欠平衡钻井欠平衡钻井l径向水平钻井径向水平钻井l完井完井l微井眼钻井微井眼钻井l 成本低。与常规新井相比，常规侧钻井的
8、费用是新井的73%，用连续管老井侧钻井成本只有常规新井的31%左右中石油钻井院DRI14 （1）连续管钻井）连续管钻井lSEMJet系统（系统（Maple Group）Single Entry Multi-Lateral Jetting集成集成- -高效高效- -低成本，有一定意义低成本，有一定意义系统集成：系统集成：1/41/4连续管；电测装置连续管；电测装置GRGR、CCLCCL、CBLCBL；三种泵；井口装置、；三种泵；井口装置、供液罐供液罐功能集成：功能集成： 测井、定向测井、定向 磨铣套管磨铣套管 多分支钻进多分支钻进 注酸注剂、井下照相注酸注剂、井下照相l无油管系统（无油管系统（R
9、adJet）Tubingless Radial System不使用油管不使用油管 ：过油管：过油管套管内作业套管内作业连续管多次丢手作业连续管多次丢手作业l 国外最新技术中石油钻井院DRI15 （2）径向水平井）径向水平井l 可用连续管高压水射流，在井内钻径向水平孔，消除近井地带污染，寻找剩余油，提高老井产量和老油田采收率。l 原理与基本工艺过程三个主要工序：三个主要工序： 下入导向器下入导向器 套管开孔：套管开孔：连续管连续管+ +螺杆马达旋转钻孔螺杆马达旋转钻孔 水射流径向钻孔：水射流径向钻孔：连续管连续管+ +软管软管+ +自牵引喷嘴自牵引喷嘴l 关键设备与工具: 地面：地面：高压泵车、
10、连续管装置、实时高压泵车、连续管装置、实时监控系统监控系统 井下：井下：导向器、钻套管工具串、水射导向器、钻套管工具串、水射流钻进工具串流钻进工具串l 技术优势l 用途用途直井改造，增产直井改造，增产2 23 3倍或以上倍或以上l 目标参数：目标参数：l 径向穿透深度径向穿透深度202050m50m或以上或以上l 2-42-4层层每层每层3 34 4孔孔 l 应用范围l 煤层气增产煤层气增产l 稠油油藏开发：稠油油藏开发：l 常规油藏增产与剩余油开发常规油藏增产与剩余油开发l 低渗透油藏经济开发低渗透油藏经济开发l 浅层稠油冷采浅层稠油冷采l 蒸汽吞吐蒸汽吞吐l 重力泄油重力泄油中石油钻井院D
11、RI（3）等井径钻井（膨胀管钻井）等井径钻井（膨胀管钻井）l 膨胀管技术是一项不断发展和完善的钻井新技术，可以大量地应用于钻井、修井以及油田的二次开发等领域，被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一，特别是等直径钻井技术的发展将会带来钻井技术的一次新的历史性革命。l 等井径钻井技术是建立在膨胀管技术基础之上而发展起来的，是指在钻井过程中尽可能始终采用同一规格的钻头及钻具，在全井钻进过程中保持同一井眼尺寸的钻井方法。中石油钻井院DRI应对复杂井应对复杂井超深井超深井切削量少切削量少固井水泥少固井水泥少钻井液少钻井液少提高安全可靠性提高安全可靠性节约钻井成本节约钻井成本等直径钻井技术特点等直径钻
12、井技术特点（3）等井径钻井（膨胀管钻井）等井径钻井（膨胀管钻井）l技术进展情况： 膨胀管技术的持续发展和完善可靠的配套设备，为等直径钻井技术进一步完善和给钻井方式带来革命性的变化提供了前提条件。 在国外，等直径钻井技术也经历了充分论证、现场试验和评估并逐步发展成为一项成熟技术 已经进入现场应用阶段中石油钻井院DRIRDM 反循环钻井新技术（双壁钻具钻井）反循环钻井新技术（双壁钻具钻井）钻井液注入、回收处理系统上部环空控制系统双壁钻柱双浮阀橡胶活塞底部钻具组合钻屑从钻具中心上返至地面钻井液从双壁环空注入井下钻井液从双壁环空注入井下l反循环钻井的基本思路：采用同轴双钻杆分别实现了钻井液的输入和返回
13、。外侧钻杆用来向井眼中送入钻井液，内侧钻杆用于返回钻井液。位于下部钻柱上的滑动活塞将环空分割出上下两个压力梯度，更好地进行压力控制。中石油钻井院DRIRDM 反循环钻井新技术（双壁钻具钻井）优点反循环钻井新技术（双壁钻具钻井）优点常规技术钻水平井，存在底边钻屑床，易粘卡RDM钻水平井，井筒没有钻屑床，不易粘卡，摩阻小，可钻得更长RDM钻井，避免井漏显著优点l降低能耗l减少钻井液体积l降低钻井液处理量l减少钻井液处理系统及泥浆泵的磨损l减少钻井液添加剂、加重剂费用l降低钻井液损耗和减少复杂、井控事件l具有更好的井眼清洁能力l提高机械钻速l改善井下信息数据传输l突破常规大位移钻井限制，可钻极端大位
14、移井l复杂地层安全钻进l减少地层伤害l改善遥测系统l泥浆泵关闭时，仍可实时LWD/MWDl插入套管实时钻井l浮阀以下精细控压钻井目前，计划在加拿目前，计划在加拿大钻一口水平距离大钻一口水平距离20Km20Km长的煤层气井长的煤层气井可钻位移超过可钻位移超过2020公里长的井公里长的井中石油钻井院DRI拓展气体钻井、控压钻井（拓展气体钻井、控压钻井（MPD）和极大延伸钻井（）和极大延伸钻井（ERD）MPD钻井面临的难题反循环钻井具有的优势环空流体可能漏失到衰竭储层。活塞防止环空漏失。主要优点在增压泥浆帽钻井。降低下部钻井液密度。占地面积30-50m2，这对海上甲板受限制的情况下是个问题。占地面积
15、需求很小，不超过10m2。对海上甲板受限的地方特别有吸引力。大量的钻井液缓慢流入或漏失。循环量少，使得可以更精确控制井下压力，更容易发现和和控制漏失。 操作依赖于一个节流阀以降低压力。节流阀下环空压力依然很高。压力主要在沿程损失，地表环空压力可能是零。为安全起见改进和停钻期间避免节流阀堵塞。调节钻井液体系费时费力。因其体积小，钻井液体系可迅速改变。当双浮球阀关闭时调整钻井液体系，在这过程中井眼不会暴露。在裸眼井段开泵循环，ECD增加可能压开地层造成裂缝。循环是内部的。甚至可以忽略裸眼的ECD，从而防止地层损害。大量钻井液需要通过环空循环出钻屑。管中管系统需要少量的循环流体携带钻屑，更快更高效。
16、根据设计，井底至井口循环需要20-100min每1000m。RDM从井底至井口循环只要6-7min每1000m。从井底至井口循环是关闭双浮球阀隔离裸眼的。MWD/LWD的信号传输可能面临难题。Reelwell Telemetry System(RTM)提供MWD/LWD工具的双向高速传输，不需要使用放大器。中石油钻井院DRIERDERD方法钻井面临的难题方法钻井面临的难题反循环钻井具有的优点由于水平段钻压来源于管柱的重力，因而水由于水平段钻压来源于管柱的重力，因而水平度的长度受到钻压的限制平度的长度受到钻压的限制通过钻头后的液力加压。推动钻头向前，为钻头提供独通过钻头后的液力加压。推动钻头向前
17、，为钻头提供独立于重力的钻压，使得在长水平段钻井过程中，依然能立于重力的钻压，使得在长水平段钻井过程中，依然能维持钻进所需维持钻进所需的钻压在大位移井和水平井中岩屑堆积会引起卡钻钻头附近的岩屑被清理干净，在任何时候都能保持井眼清洁由于钻柱屈曲和蠕动等原因水平段的长度受到限制由于钻井过程中钻柱处于拉伸状态，可以预防钻柱的变形和屈曲浅大位移井中受钻柱下入能力限制，井深受到限制下钻深度取决于井下位置在窄密度窗口中可能存在水平段的底端发生井喷，而顶端发生井漏的情况，因而裸眼段长度受ECD限制，水平井段的井下压力是个常数，水平段的顶端和底端的压力值相同，在窄密度窗口地层中也能钻较长的水平段开泵循环产生的
18、激动压力可能压裂地层在BHA中内置DAF阀，当内外压力一致时打开DAF阀实现循环，以此保持井下压力稳定携岩需要大量的钻井液只需要常规钻井50%的钻井液，可减少大量的钻井液成本岩屑上返1000m需要20-100分钟，循环时间过长。岩屑上返1000m只需要6-7分钟MWD/LWD的信号传输可能面临难题Reelwell遥测系统提供双通道的高速信号传输工具，且不需要信号放大器中石油钻井院DRI（5）远程遥控自动钻井）远程遥控自动钻井l 自动化钻井系统能够减少对井队人员的风险，降低成本并提高效率。而遥控操作这些系统将是不断成熟的油气钻井行业的下一个进展，使钻井作业公司能通过其经验丰富的专家在任何地方监测
19、和控制钻井作业。因此，自动化钻井的下一步将是对钻井过程进行遥控。剑桥研究中心德克萨斯州卫星l2004年11月19日，斯伦贝谢剑桥研究中心的科学家从英国剑桥发出改变泥浆泵排量的指令，通过卫星跨过大西洋的遥控指令成功地被美国德克萨斯州Cameron试验中心的钻机接收并执行，拉开了遥控自动钻井研发的序幕，这一技术可能会改变我们未来的钻井方式。中石油钻井院DRI（5）远程遥控自动钻井）远程遥控自动钻井l 可行性：计算机与卫星通讯技术的进展已经使监测和控制系统成为石油开采中常见的设备（如“智能采油完井系统”）。目前，现代钻机上已有本地遥控作业，也叫本地自动化，进行钻杆处理、顶驱和自动综合钻台作业（铁钻工
20、）等；且钻井远程数据通讯已广泛用于监测；海洋钻井在平台上遥控水下机器人作业已是常用技术；将这些技术有机结合即可实现遥控自动钻井。l 目前，已有斯伦贝谢、壳牌等多家公司在研究该项技术，可以预见，遥控自动钻井会很快到来。铁钻工铁钻工中石油钻井院DRI（6）无钻机（獾式）钻井）无钻机（獾式）钻井l挪威Rogaland研究所在1999年提出了獾式无钻机钻探概念，是一种无钻机的井下自动钻探器，类似于“有线导弹”或“井下钻井机器人”。l于2002年取得挪威专利，2003年成立了獾式钻探器公司；得到挪威研究委员会、挪威国家石油公司、壳牌和埃克森美孚公司的资助，于2005年5月1日正式启动“獾式钻探器”原理样
21、机研制计划。无钻机钻井无钻机钻井在海底直接钻井中石油钻井院DRI（6）无钻机（獾式）钻井）无钻机（獾式）钻井l 其核心技术是：采用高电压脉冲能量的等离子体通道钻井技术，就是用电法雾化岩石，即利用高电压脉冲在“钻头”前方的岩石中形成高能等离子体，等离子体在不到一微秒的时间内在岩石中极迅速地膨胀，导致局部岩石破裂和破碎 “钻头”用钢丝绳或连续管下入井内； 通过电缆给“钻头”供电，“钻头”功率小，不到1 kW，能够产生高达3500 伏的电压； 不用机械力破岩，“钻头”无活动部件； 随钻测量信号通过电缆传输到地面，传输速率极高； 在硬地层中破岩效率高；井筒光滑； 井眼小，只有13 英寸。中石油钻井院D
22、RI（7）深井冷却泥浆钻井）深井冷却泥浆钻井l 深井高温井钻井时井下工具仪器的橡胶、电子元器件等抗高温稳定性差、寿命短。当井下温度超过135，采用地面泥浆冷却钻井新技术（Surface Mud Coolers）冷却泥浆钻井系统冷却泥浆钻井系统常规泥浆钻井系统常规泥浆钻井系统冷却泥浆系统冷却泥浆系统温度高温度高温度低温度低钻具内部隔热涂层中石油钻井院DRI（7）冷却泥浆钻井）冷却泥浆钻井在地面冷却泥浆（Cools the mud at surface）作用：l 帮助冷却井下MWD/LWD工具仪器（Helps cool the downhole MWD/LWD tools）l 适合在高温井中应用（
23、Should be implemented in High Temperature）l 有助于延长工具井下时间及寿命（ wells Contribute to making longer high temperature runs）中石油钻井院DRI（8）激光钻井）激光钻井与常规钻井相比，激光钻井具有如下显著的优势：l 激光钻机重量轻（用一辆拖车就可运到井场）；l 激光钻井的井场很小（只有普通井场的十分之一甚至更小）；l 激光能够穿透各种类型的岩石，而且速度很快（用常规钻井方法需要100 天才能钻成的井，用激光钻井也许只需10 天时间），从而大幅度降低成本；l 激光钻井不需要常规钻头和常规钻柱
24、，可以节省大量的起下钻时间；l 激光钻井钻成的井眼小，激光将岩石熔化，在井壁形成一种陶瓷样的保护层，无需下套管和固井，因此可大幅度降低钻井成本；l 激光钻井是一种清洁钻井，激光击碎、熔化和蒸发岩石，钻井中无钻屑上返到地面，对环境的影响甚微；l 钻井过程具有可导向性，易于控制井眼轨迹。中石油钻井院DRI（8）激光钻井）激光钻井l 研发进展：激光钻井经过十年的研究，已经取得了许多研究成果，但是现在仍然处在通过实验进行技术可行性研究阶段。预计2020年投入商业化应用。激光射孔也许将先于激光钻井投入现场试验。如激光钻井和激光射孔最终得以工业应用，必将给钻井和完井带来一场深刻的革命，彻底改变钻井完井的作
25、业方式，大幅度提高钻井和完井的作业效率和经济效益。l 发展方向：开发一些全新的产品，例如：井下激光钻机，用于常规钻井和连续油管钻井的激光辅助钻头、激光射孔器以及侧钻和定向激光钻井装置。中石油钻井院DRI2、高效破岩新技术、高效破岩新技术l 工欲善其事，必先利其器。国外十分重视破岩技术攻关和持续改进，近两年已出现和正在研发的高效破岩技术主要有：新型钻头（PDC与牙轮复合钻头、新型尖齿PDC等）、旋冲钻井、粒子冲击钻井、超临界CO2钻井、井底降压钻井、仿生钻头设计技术（穿山甲、达乌尔鼠）等破岩技术发展历程与趋势中石油钻井院DRI（1） PDC与牙轮复合钻头与牙轮复合钻头l 国外成功研制出新型PDC
26、+牙轮复合钻头，优点包括： 突破传统牙轮钻头机械钻速的限制 解决了大尺寸PDC和牙轮钻头在扭矩和钻压上的限制 解决夹层钻进中的扭矩波动造成钻具的过早失效和限制作业扭矩的问题 提升马达定向作业的钻速、造斜率和工具面控制能力l 目前已研制出两种设计的复合钻头： 小尺寸两刀翼、双牙轮钻头 为稍大尺寸的三刀翼、三牙轮钻头牙轮-PDC复合钻头中石油钻井院DRI（1） PDC与牙轮复合钻头与牙轮复合钻头l 新型复合钻头已在加拿大、沙特阿拉伯、美国德克萨斯的试验井进行了现场试验，均取得很好的效果：在页岩或其他塑性地层中钻进，钻速比常规牙轮钻头提高24倍，钻头进攻性及破岩效率大大增强，在液压马达驱动下可获得更
27、高的钻速。与普通PDC钻头相比，扭转振荡减少50%，减少了低转速下粘滑现象的发生，和高转速下井眼出现螺旋的情况。因此，复合钻头具有更大的适用范围，在定向井和水平井中具有良好的工具面控制能力。试验用的牙轮-PDC复合钻头中石油钻井院DRIl新型PDC钻头（Stinger Bit）创新点：超厚金刚石圆锥形齿l优点：对硬地层的冲击强度是常规PDC钻头的10倍抗磨损/寿命是传统PDC钻头的11倍，减少起下钻切削多功能性，可适应各种地层切削效率高，岩屑颗粒大（2）新型锥形齿PDC钻头（Stinger Bit）中石油钻井院DRIl优点：不局限于地层，在井眼中心部位冲击引起岩石破裂坚硬地层机械钻速显著提高经
28、优化的冲击频率和相对小的锤击重量，对下部钻具组合影响小l研究进展及现状2009年四季度完成高压测试，用水泥模拟岩石试验，提高机械钻速30%2010年一季度完成第四代样机（3）新型液动旋冲钻井（JackHammer Drilling）中间旋冲部件中间旋冲部件中间旋冲部件中石油钻井院DRI粒子冲击钻井钻头粒子分离和储备装置粒子注入装置（4）粒子冲击钻井（Particle Impact Drilling）l2002年，美国的Curlett H B、Sharp D P和GregoryM A等人提出了粒子冲击钻井( Particle Impact Drilling，简称PID ) 技术的新概念。l粒子冲
29、击钻井破岩是以高速球形硬质钢粒子冲击破岩为主，以高速水力破岩和机械破岩为辅的一种新的钻井破岩方法。中石油钻井院DRIl研究进展： 2006年完成样机，地面试验 2007年现场试验 2009年累计应用64口井，钻速提高5倍，但钻头寿命短的问题仍然没有很好解决。l前景展望： 粒子冲击钻井技术将会成为一种经济、高效的深井硬地层钻井的新方法。 粒子冲击钻井大大提高了能量的利用率,其钻井速度是常规钻井的34倍,具有广阔的应用前景和开发价值。（4）粒子冲击钻井（Particle Impact Drilling）中石油钻井院DRI（5）超临界）超临界CO2钻井钻井l CO2的温度和压力同时大于临界点温度和压
30、力时达到超临界状态l 1998年美国能源部小型商业创新基金资助，2000年完成了超临界CO2破岩室内实验；同年进行了超临界CO2喷射辅助钻井现场实验，成功对4400m井深枯竭油气藏进行侧钻，证明了超临界CO2作为欠平衡钻井的可行性；2005年在密西西比的Darbun 油田完成第一口超临界CO2连续油管钻井；目前，技术日趋成熟。超临界超临界CO2钻井优势：钻井优势：l 易于破碎坚硬及难钻岩层，可较大幅度提易于破碎坚硬及难钻岩层，可较大幅度提高钻井速度高钻井速度l 在低渗及特低渗油气层开发中，可有效保在低渗及特低渗油气层开发中，可有效保护油气层护油气层l 可有效提高油气井单井产量和油田采收率可有效
31、提高油气井单井产量和油田采收率 中石油钻井院DRI4、导向钻井技术、导向钻井技术l旋转闭环导向钻井系统，准确高效地控制井眼轨迹旋转闭环导向钻井系统，准确高效地控制井眼轨迹井眼轨迹控制技术发展历程井眼轨迹控制技术发展历程中石油钻井院DRIl 地质导向技术的发展包括钻井技术、随钻测井技术、软件计算机网络技术的发展l 近年来，旋转导向钻井技术的发展，近钻头距离传感器的更新、随钻测井技术在各种储层和水平井中的应用，三维地质建模技术、远程数据传输技术和作业技术中心的发展。总的看来，随着油、气藏储层的愈加复杂，挑战也越来越大，而地质导向技术也相应的向综合性、多参数、三维可视化、决策迅速的方向发展。4、导向
32、钻井技术、导向钻井技术中石油钻井院DRIl新发展：低成本随钻测量技术，随钻前探，随钻地震，智能钻杆，声波信息传输，随钻天然裂缝识别技术（致密气、页岩气）等5、井下信息测量与控制技术井下信息测量与控制技术不断提高井下数据测量容量和传输速率，实现双向高速通讯，图形化不断提高井下数据测量容量和传输速率，实现双向高速通讯，图形化钻井井下信号实时测量与传输技术发展历程 中石油钻井院DRI5、井下信息测量与控制技术、井下信息测量与控制技术l随钻技术快速发展，成为高科技的代表和衡量一个国家或公司钻井水平的象征之一l井下随钻仪器种类近10年急剧增加l井下数据量越来越大，需要高速率、大容量上传l井下信息实时传输
33、成为随钻技术发展的瓶颈l无线传输方式的传输速率均在100 bits/s以下泥浆压力脉冲：12bits/s无线电磁波： 通常10bits/s，有100bits/s报道声波传输：不成熟，最高50100bits/sl从技术现状看，高速信息钻杆、智能钻杆等“有线”方式是实现高速大容量传输的重要途径中石油钻井院DRI（1）随钻地震技术）随钻地震技术l AGIP公司的SEISBIT系统、斯伦贝谢的 SeismicMWD和法国IFP石油公司TRAFOR系统等都取得了很好的应用效果，随钻地震系统通过构建井眼附近地层地震剖面，预测钻头前方地层压力等参数，有效降低钻井风险，被称为安装在钻头上的“探照灯”。l 斯伦
34、贝谢公司语言，未来20年的钻井将是随钻地震的时代。中石油钻井院DRI采用随钻地震技术解决复杂盐岩层钻井难题采用随钻地震技术解决复杂盐岩层钻井难题l钻井过程中采用VSP前探技术（Look-Ahead VSP）及时搞清盐岩层厚度、盐底界，预测压力异常，保障安全。lVSP前探技术：AVA（BP和斯伦贝谢开发 ）和 Vp/Vs 登记法（BP专有）用于推导盐下弹性参数；应用经验方法把其转化成压力数据；利用模拟井数据标定孔隙压力和破裂压力转化的合理参数。中石油钻井院DRI（2）随钻前探技术）随钻前探技术l 斯伦贝谢公司2005年推出的深探测定向随钻电磁波电阻率测井仪器PeriScope 15，可使井眼在储
35、层中精准定位，从而提高钻遇率和油气产量。该仪器能探测未钻地层距工具15英尺处流体界面和地层的变化，从而使轨迹处在最佳油层部分，并具有360度测量和成像能力，可开发以前被认为不经济的边际油气层。l 未来发展：深前探，前探地层裂缝识别技术等中石油钻井院DRI（3 3）斯伦贝谢井下随钻信息数据压缩传输技术）斯伦贝谢井下随钻信息数据压缩传输技术35.3 GAPI中石油钻井院DRIl IntelliServ公司已生产出能够以2Mbit/s速度进行随钻信息传输的智能钻柱网络系统，数据传输速率是泥浆脉冲的近20万倍。该技术在2006年初实现了商业化应用，被誉为近25年来钻井技术最重大的进步之一。（4）智能钻
36、杆）智能钻杆中石油钻井院DRI6 6、智能新材料、智能新材料l随着井下作业环境的日趋恶劣，智能材料在油田应用，或许能够取得意想不到的好处，促成新技术的实施、井的寿命延长、产量提高、复杂仪器零部件的小型化并提升作业的可靠性等。l位于美国马萨诸塞州Cambridge的斯伦贝谢道尔研究中心的最新研究方向之一就是油田智能材料的研究，这项工作包括为在各类油田应用中推广执行技术制定和实施路线图。l目前研究钻井方面的智能新材料，包括：自愈合水泥，随钻固壁剂、自降解钻井液、智能堵漏、堵水剂。中石油钻井院DRI6 6、智能新材料、智能新材料l 智能自愈合材料已开始在油田中得到应用。l 例如，斯伦贝谢公司最近推出
37、了一项名为FUTUR 的自愈合水泥技术，该水泥能够自动愈合水泥环中微小裂缝。FUTUR水泥体系的泵入和充填方式与普通水泥一样。该体系中的一些成分在接触到油气（如那些从水泥环微裂缝中渗入的油气）之前一直处于休眠状态。与油气接触会激活FUTUR的水泥环。该水泥环在数小时内不经人工干预便会自动愈合，保证了套管和地层井筒之间整体密封。裂缝自愈合中石油钻井院DRI7、新型钻杆：超强碳纤维钻杆、新型钻杆：超强碳纤维钻杆l 随着深井、水平井、大位移井、短曲率半径井和深水井等高难度井在钻井中所占的比重越来越大，钢钻杆固有的不足就更加凸显出来，比如：钢钻杆重量大，限制了钻机的钻深能力；在定向井和水平井中，钢钻杆
38、的扭矩和摩阻大，限制了井的水平位移；钢钻杆的韧性差，在短曲率半径和超短曲率半径水平井中应用有一定难度。l 钻杆发展呈现轻型化的趋势。目前已投入商业化应用的轻型钻杆有铝合金钻杆和钛合金钻杆，但它们的成本太高（铝合金钻杆的成本是钢钻杆的2倍 ，钛合金钻杆的成本是钢钻杆的710倍 ）l 近几年，美国能源部在资助非金属类轻型钻杆碳纤维钻杆的研制，Noble钻井公司已应用。重量很轻的碳纤维钻杆6 英寸碳纤维钻杆中石油钻井院DRI8、非常规油气钻完井技术、非常规油气钻完井技术l （1）页岩气钻完井技术n 页岩气规模开发依靠水平井钻井和压裂改造两项先进技术的突破中石油钻井院DRI1000-2000米米300
39、0米米2020倍直井倍直井 270270倍直井倍直井 10131013倍直井倍直井 13.513.5倍水平井倍水平井 5050倍水平井倍水平井直井直井 水平井水平井 直井压裂直井压裂 水平井压裂水平井压裂n水平井钻井技术水平井钻井技术实现储层接触最大化，增加可动用储量，增加单井产量实现储层接触最大化，增加可动用储量，增加单井产量n尤其是水平井多段压裂技术的突破，推动水平井技术再上新台阶尤其是水平井多段压裂技术的突破，推动水平井技术再上新台阶页岩气钻完井技术中石油钻井院DRI利用一个钻井平台钻多个水平井，节省井口占地面积，设备利用最大化，利用一个钻井平台钻多个水平井，节省井口占地面积，设备利用最
40、大化，钻井液重复利用，实现压裂施工工厂化，降低成本，节约时间。钻井液重复利用，实现压裂施工工厂化，降低成本，节约时间。控制面积控制面积7 7平方公里平方公里水平井水平井2828口口地质储量地质储量112112亿立方米亿立方米可采储量可采储量4242亿立方米亿立方米日产气日产气226226283283万立万立方米方米n 美国美国XXXX地区页钻井平台部署水平地区页钻井平台部署水平井井2828口，控制含气面积口，控制含气面积7 7平方公里、平方公里、可采储量可采储量4242亿立方米、日产气亿立方米、日产气226226283283万立方米万立方米n 采用丛式井组方式，一个钻井平采用丛式井组方式，一个
41、钻井平台部署井数不同，每个气井节约台部署井数不同，每个气井节约1010万万-20-20万美元万美元丛式丛式水平井，工厂化作业水平井，工厂化作业页岩气钻完井技术中石油钻井院DRI四、启示与建议l 国际大石油公司十分注重钻井新技术、新方法、前沿技术研发。 壳牌公司认为，一项钻井高新技术从发展到成熟需数十年时间，技术研发规划紧紧围绕集团发展战略需求进行设计，技术发展方向非常明确，并按“远、中、近”三个层次划分，对前瞻性项目超前10年以上开始组织，长期持续攻关。 斯伦贝谢公司技术研发分10-15年，5-10年，3-5年，1-3年和推广应用项目不同层次进行，研发一批、推广一批、储备一批。l 要加强我国钻
42、井基础理论研究和前沿技术、储备技术的研发，做好战略储备，是一项必须常抓不懈、孜孜以求的工作，对满足当前勘探、开发的需求和为我国石油工业可持续发展提供强有力的支撑，显得尤为重要。中石油钻井院DRIl数据传输速率更快、测量参数更多、耐高数据传输速率更快、测量参数更多、耐高温高压能力更强的温高压能力更强的MWDMWD、LWDLWD和地质导向仪和地质导向仪l旋转闭环导向钻井系统旋转闭环导向钻井系统l具有超高速数据传输功能的有缆具有超高速数据传输功能的有缆钻杆钻杆l精细控压钻井配套设备精细控压钻井配套设备l连续管全程钻井、径向钻井连续管全程钻井、径向钻井l系列自动垂直钻井系统系列自动垂直钻井系统l可膨胀管和可膨胀筛管可膨胀管和可膨胀筛管l新型气体钻井技术及成套装备新型气体钻井技术及成套装备l全自动液压钻机、无钻机钻井装备全自动液压钻机、无钻机钻井装备l页岩气（油）页岩气（油）/ /致密油（气）钻完井技术致密油（气）钻完井技术l深水钻井技术及装备深水钻井技术及装备l新型新型破岩技术破岩技术l 新型建井技术，包括微井眼、新型建井技术，包括微井眼、单直径井、单直径井、MRC井井l 新一代深井钻井技术新一代深井钻井技术l 具有前视功能的具有前视功能的MWD/LWD地质导向仪地质导向仪l未来一趟钻技术未来一趟钻技术l 智能钻井系统智能钻井系统重点攻关重点攻关前沿技术储备前沿技术储备四、启示与建议
